Cooling by gas helium circulation can be used for various HTS (high temperature superconductor) magnets operating at 20~40 K, and a cryogenic blower is an essential device for circulating gas helium in the cooling system. The performance of the cryogenic blower is determined by various design parameters such as the impeller diameter, the blade number, the vane angle, the volute cross-sectional area, and the rotating speed. The trailing edge angle and the height of impeller vane are also key design factors in determining the blower performance. This study describes the design, fabrication and performance evaluation of cryogenic blower to produce a flow rate of 30 g/s at 5 bar, 35 K gas helium. The impeller shape is designed using a specific speed/specific diameter diagram and CFD analysis. After the fabrication of the cryogenic blower, a test equipment is also developed using a GM cryocooler. The measured flow rates and the pressure differences are compared with the design values at various rotating speeds and the results show a good agreement. Isentropic efficiency is also evaluated using the measured pressures and temperatures.
This paper presents the performance characteristics of a centrifugal blower using the design parameters of an impeller blade. Two design variables, the bending length from the blade trailing edge and bending angles of an impeller blade, are introduced to analyze the effects on the blower performance. Three-dimensional Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model are introduced to analyze the performance and internal flow of the blower. Relatively good agreement between experimental measurements and numerical simulation at the design flow condition is obtained. Throughout present study, it is known that pressure increases as the bending length from the trailing edge and bending angle increase while efficiency decreases. But efficiency is decreased. Detailed flow field inside the centrifugal blower is also analyzed and compared.
Kim, Jin Ha;Jung, Jae Sang;Hong, Seok Won;Lee, Chun Ju;Lee, Yong Guk;Park, Il Ryong;Song, In Haeng
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.35
no.6
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pp.446-456
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2021
To build an environment facility of a large-scale ocean basin, various detailed reviews are required, but it is difficult to find data that introduces the related research or construction processes on the environment facility. The current generator facility for offshore structure safety evaluation tests should be implemented by rotating the water of the basin. However, when the water in the large basin rotates, relatively large flow irregularities may occur and the uniformity may not be adequate. In this paper, design and review were conducted to satisfy the performance goals of the DOEB through computational numerical analysis on the shape of the waterway and the flow straightening devices to form the current in the large tank. Based on this, the head loss, which decreases the flow rate when the large tank water rotates through the water channel, was estimated and used as the pump capacity (impeller) design data. The impeller of the DOEB current generator was designed through computational numerical analysis (CFD) based on the lift surface theory from the axial-type impeller shape for satisfying the head loss of the waterway and maximum current velocity. In order to confirm the performance of the designed impeller system, the flow rate and flow velocity performance were checked through factory test operation. And, after installing DOEB, the current flow rate and velocity performance were reviewed compare with the original design target values. Finally, by measuring the current velocity of the test area in DOEB formed through the current generator, the spatial current distribution characteristics in the test area were analyzed. Through the analysis of the current distribution characteristics of the DOEB test area, it was confirmed that the realization of the maximum current velocity and the average flow velocity distribution, the main performance goals in the waterway design process, were satisfied.
This study analyzed performance changes by an inner flow path of impeller groove for side channel type ring blower using CFD. Two models have the same side channel and clearance while one has an inner flow path and the other doesn't. To analyze the performance change of a ring blower, overall performance and local flow field were analyzed. For the overall performance, pressure increase and impeller torque were checked under the design flow condition. Under the design flow condition, pressure increase was greater for the model with the inner flow path. The model with the inner flow path showed improved efficiency because the area subject to torque decreased due to the creation of inner flow path. To analyze local flow field, a section was created from the representative location of each impeller groove toward the direction of radius. Inner channel pressure distribution depending on the rotation direction shows that the model with the inner flow path has pressure equilibrium of working fluid through the inner flow path. Velocity distribution of inside impeller groove shows that flow field was coupled and appeared to form an inner wall where the flow field was stabilized.
The objective of present study is to assess the performance of the first stage compressor in a total 3-stage 5000 HP-level turbo compressor. CFD commercial code, CFX has been used to predict three-dimensional flow characteristics inside of the impeller. Shear Stress Transport (SST) model has been used to simulate turbulent flows through Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations. Grid dependency has been also checked to get optimal grid distribution. Numerical results have been compared with the experimental test results to elucidate performance characteristics of the present compressor. In addition, flow characteristics of the impeller only have been studied for various blade configurations. Angular offset in leading edge of the blade has been selected for the optimal blade design. Performance characteristics in region of low mass flow rate and high pressure ratio between the impeller entrance and exit have been investigated for the selection of optimal blade design. Also, flow instability such as stall phenomena has been studied and anti-stall characteristics have been checked for various blade configurations in the operational window.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.5
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pp.21-27
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2004
A waterjet propulsion system has many advantages compared with a conventional screw propeller especially for amphibious military vehicles because of a good maneuverability at low speed, good operating ability at shallow water, high thrust at low speed to aid maneuverability and exit from water, etc. Especially, compact design is important for the tracked-vehicle because of buoyancy in water and available space inside the tracked vehicle. The experiment is parametrically performed for various impeller diameters for more compact design. The experimental results are analyzed according to the ITTC 1996 standard analysis method as well as the conventional propulsive factor analysis method. The full-scale effective and delivered power of the tracked-vehicle are evaluated according to the variation of impeller diameter. This paper emphasized the effect of impeller diameter on the performance of waterjet system.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.191-198
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2011
Based on the consideration that the cavitation would affect the operation stability of miniature pumps, the 3-D turbulent cavitating flow in a test pump was simulated by using a mixed cavitation model and k-${\omega}$ SST turbulence model. In order to investigate the influence of inlet geometry parameters on the cavitation performance of the miniature pump, two more impellers are designed for comparison. Based on the results, the following conclusions are drawn: 1) Cavitation performance of the double suction shaft-less miniature pump having different impeller is equivalent to the centrifugal pump having ordinary size, though the flow passage at impeller inlet is small; 2) The miniature pump having radial impeller can produce much higher pump head, but lower cavitation performance than that having the impeller based on the conventional design method; 3) It is believed that by applying the double suction design, the miniature pump achieved relatively uniform flow pattern upstream the impeller inlet, which is favorable for improving cavitation performance.
The hydraulic performance analysis of a turbopump with an inducer for a liquid rocket engine was performed using three-dimensional Navier-Stokes equations. A simple mixing-plane method and a full interaction method were used to simulate inducer/impeller interaction. Two methods show almost similar results due to the weak interaction between the inducer and impeller since the inducer outlet blade angle is lather small. But, when the inducer and the impeller are closely spaced near the shroud region, flow angles at the impeller inlet show different results between two methods. Thus, the full interaction method predicts about $2\%$ higher pump performance than the mixing-plane method. And the effects of prewhirl at the impeller inlet are also investigated. As the inlet flow angle is increased, the head rise and the efficiency are decreased. The computational results are compared with measured ones. The computational results at the design point show good agreements with experimental data, however under-predicts the head rise at high mass flow rates compared to the experiment.
Discharge flows from a centrifugal pump impeller with a specific speed of 150 [rpm, m$^3$/min, m] were experimentally investigated. A large axisymmetric collector instead of a volute casing was installed to obtain circumferentially uniform flow, i.e. without interaction of the impeller and the volute. The unsteady flow was measured at the impeller exit and vaneless diffuser using a hot film probe and a pressure transducer. The flow at impeller exit showed pronounced jet-wake flow patterns. The wake, which was on the suction/hub side at high flow rate, became enlarged pitchwisely on both the hub and the shroud side as the flow rate decreases. The pitchwise non-uniformity of the flow rapidly decreased along the downstream and the non-uniformity almost disappeared at radius ratio of 1.18 for medium flow rate. The mean vaneless diffuser flow was reasonably predicted using a one dimensional analysis when an empirical constant was used to specify the skin friction coefficient. The data can be used for a centrifugal pump impeller design and validation of CFD codes and flow modeling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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